淺談橋梁撓度測量方法與變形監(jiān)測現(xiàn)狀
2015-06-15
引言
橋梁的撓度變形是橋梁健康狀況評價的重要參數(shù)，在橋梁檢測、危橋改造以及新橋驗收等方面都需要準確測量橋梁的靜、動態(tài)撓度值。隨著橋梁健康監(jiān)測技術(shù)的進步，人們研究了許多用于位移及撓度測量的方法。
1 建筑物變形監(jiān)測的特點
建筑物的變形監(jiān)測屬于工程建筑物監(jiān)測內(nèi)容的一部分,但是也是不同與其他監(jiān)測同時非常重要的一類工程監(jiān)測。與一般的工程監(jiān)測相比，建筑物變形監(jiān)測具有以下幾個特點：
建筑物變形監(jiān)測屬于安全監(jiān)測的內(nèi)容，具體分為外部監(jiān)測和內(nèi)部監(jiān)測兩部分，內(nèi)部觀測內(nèi)容有建構(gòu)筑物的內(nèi)部應力、溫度變化的測量，動力特性及其加速度的測定等，一般不由測量工作者完成。外部變形觀測的內(nèi)容主要有沉降觀測、位移觀測、傾斜觀測、裂縫觀測和撓度觀測等。內(nèi)部觀測與外部觀測之間有著密切的聯(lián)系，應同時進行，以便在資料分析時可以互相驗證與補充。建筑物變形監(jiān)測的精度要求很高，因為建筑物的變形是非常細微的一種變化，一般情況下，建筑物的變形幅度都不在人眼的視力范圍內(nèi)可以觀測到，所以，相比其他的工程監(jiān)測，建筑物變形監(jiān)測的精度要求很高，同時建筑物的變形監(jiān)測直接關(guān)系到建筑物持久的安全性，同時要求建筑物的內(nèi)容監(jiān)測等一系列的安全內(nèi)容成套監(jiān)測，影響變形的原因和變形的規(guī)律等都需要精密的觀測，所以，建筑物的變形監(jiān)測具有更高的精度要求。
建筑物的變形是隨著建筑物建筑年齡和自然環(huán)境變化等隨時發(fā)生的，很多的情況下，建筑物的變形自建筑物的成型起就一直在發(fā)生，在整個時間范圍內(nèi)，工程人員需要不斷地、周期性的觀測與監(jiān)測，計算出建構(gòu)筑物上同一觀測點在兩個觀測周期間的坐標差和高程差（坐標和高程的變化量）。有時為了求得瞬時變形，則應采用各種自動記錄儀器記錄其瞬時位置或瞬時狀態(tài)。
2 現(xiàn)階段建筑物變形監(jiān)測的基本方法
建構(gòu)筑物變形觀測的基本原理是在建構(gòu)筑物上和其地基上選擇一定數(shù)量的有代表性的點（觀測點），通過對這些點的重復觀測來求出有關(guān)幾何量的變化，并從中整理、分析出變形規(guī)律。變形觀測應設置基準點、工作點和觀測點三種測量點。基準點通常埋設在變形范圍以外穩(wěn)固的基巖上，做到盡可能穩(wěn)固并便于長期保存，以此作為分析比較變形量的依據(jù)。工作點一般埋設在被觀測對象附近，在工作點上擺設儀器直接對觀測點進行測量，要求在觀測期間內(nèi)保持穩(wěn)定；在條件允許的情況下，也可將基準點作為工作點使用。觀測點一般設在建構(gòu)筑物上和其地基上，要能準確反映建構(gòu)筑物變形，在觀測點上設立照準標志。由基準點、工作點和觀測點構(gòu)成一個變形觀測系統(tǒng)。
2.1沉陷觀測方法
高層建筑物、混凝土大壩、橋梁、重要廠房的柱基、連續(xù)生產(chǎn)和受振動較大的設備基礎(chǔ)、工業(yè)爐（如煉鋼高爐等）、人工加固或回填土地基等沉降觀測，采用精密水準測量方法， 要求觀測中誤差應不大于1mm。水準線路應形成閉合線路，按國家二等水準測量的要求進行測量。精密水準測量方法是最常用的、精密的、最能直接獲得準確沉陷量的一種方法，是其他方法所不能替代的基本的沉陷觀測方法。
2.2傾斜觀測方法
測定建筑物傾斜的方法有兩類：一類是直接測定建筑物的傾斜；另一類是通過測量建筑物基礎(chǔ)相對沉陷的方法來確定建筑物的傾斜。
2.3直接測定建筑物傾斜的方法
對于高層建筑、水塔、煙囪等建筑物，在建筑物本身的頂部和底部勒腳部分選定 ab兩點，并使ab兩點應位于同一鉛垂線上，當建筑物發(fā)生傾斜時，頂部a點相對底部) 點移動了某一數(shù)值，則該建筑物的傾斜高度；水平偏離值可采用經(jīng)緯儀或全站儀投影，或者用測量水平角的方法測出。最簡單的方法還可用光學精密垂準器測定建筑物頂部( 點相對于底部) 點的偏離值根據(jù)實驗，對于#00$ 高的建筑物測定偏離值* 的精度可達%$$。測量建筑物基礎(chǔ)相對沉陷來確定建筑物傾斜的方法常用的和簡單的方法，一是按國家二等水準測量的要求，用精密水準測量方法測出建筑物基礎(chǔ)兩個觀測點之間的相對沉陷，由相對沉陷與兩觀測點間距離之比，計算出傾斜值；二是應用氣泡式傾斜儀測量某處的傾斜度，它適用于觀測較大的傾斜角或測定局部地區(qū)的傾斜變形。
3 橋梁撓度自動檢測技術(shù) 3.1連通管測量法利用連通管原理，根據(jù)安裝在橋梁各處連通管內(nèi)液面高度的變化獲得橋梁撓度的變化。當橋梁梁體發(fā)生變形時，固定在梁體上的水管也將隨之移動，此時，各豎直水管內(nèi)的液面將與基準點處的液面保持在同一水平面，但各測點處的豎直水管液面卻發(fā)生了大小不等的相對移動，測得的相對位移量即是該被測點的撓度值。 特點：連通管法測量橋梁撓度的優(yōu)點是可靠、易行，當撓度的絕對值大于20mm時，它1mm最小讀數(shù)至少可有5%的相對精度。 3.2傾角儀法使用傾角法測量橋梁的撓度，并不同于傳統(tǒng)的方法如百分表法、水準儀法直接測得橋梁某一點的撓度值，而是首先使用傾角儀測得橋梁變形時幾個截面的的傾角，根據(jù)傾角擬合出傾角曲線，進而得到撓度曲線，這樣就可以求得橋梁上任意一點的撓度值。傾角法實際上是一種間接地利用傾角儀測量得到橋梁撓度的方法。 特點：橋梁不需要靜止的參考點，特別適于測量跨河橋、跨線橋、大型的跨海、跨峽谷橋梁和高橋，大大提高了測量效率。 3.3激光圖像撓度測量 激光圖像撓度測量利用了激光良好的方向性。隨著橋梁不同程度的變形，照射在被測點固定不動的光電接收器上的激光光斑中心發(fā)生等量變化，因此只要獲取光斑中心位置就可得到橋梁撓度。 特點：具有很高的測量精度，可達到0.1 mm，且采樣速率高、成本較低；適合于跨度不大的中小型橋梁。 3.4 gps撓度測量 利用一臺接收機(基準站)安在參考點(岸基)上固定不動，另一臺接收機(移動站)設在橋梁變形較大的點，2臺接收機同步觀測4顆或更多衛(wèi)星，以確定變形點相對岸基的位置。實時獲取變形點相對參考點的位置，可直接反映出被測點的空間位置變化從而得到橋梁結(jié)構(gòu)的撓度值。 特點：具有全球性、全天候、連續(xù)的精密三維導航與定位能力；具有良好的抗干擾性和保密性。 3.5光電成像撓度測量 光電成像撓度測量是在橋梁的測點上安裝一個目標靶，并在靶上制作一個光學標志點(光標)。通過光學系統(tǒng)(光學鏡頭)把標志點成像在ccd接收面陣上，當橋梁產(chǎn)生撓度/位移時，目標靶也隨之移動。通過測出靶上光標點在ccd接收面上成像位置的變化值，就可計算出橋梁實際的撓度/位移量。撓度測量方法的比較圖 4 橋梁撓度監(jiān)測的發(fā)展方向 4.1長期在線自動動態(tài)測量 現(xiàn)在和未來，人們對橋梁，尤其是大型橋梁的安全評估不僅要求在施工過程中進行嚴格的檢測，而且，更加注重成橋后在正常載荷下的長期在線自動監(jiān)測。成熟的網(wǎng)絡技術(shù)使人們不再局限于對一座橋梁進行集中監(jiān)控，而逐步要求實現(xiàn)區(qū)域內(nèi)多座大型橋梁的集群式監(jiān)控。 4.2大量程測量 隨著建筑材料和工藝的不斷成熟，現(xiàn)代橋梁呈現(xiàn)出/跨度大、結(jié)構(gòu)柔等特點，這就造成橋梁結(jié)構(gòu)本身在各種外界環(huán)境的影響下，會出現(xiàn)較大的形變，將來撓度測量的量程相應地要求成倍提高。
